5세대 이동 통신
1. 개요
5세대 이동 통신(5G)은 2008년부터 개발이 시작되어 2019년 대한민국에서 세계 최초로 상용화된 이동 통신 기술이다. 5G는 4G LTE보다 빠른 속도, 낮은 지연 시간, 높은 연결 밀도를 제공하며, 향상된 모바일 광대역, 초고신뢰 저지연 통신, 대규모 사물 통신을 주요 응용 분야로 한다. 3GPP가 5G 표준화를 주도하며, 3GPP 릴리즈 18 표준에 따라 5G-Advanced로 진화하고 있다. 5G는 자율 주행, 스마트 팩토리, 스마트 시티 등 다양한 산업 분야에 영향을 미치며, 가상현실, 증강현실 등 실감형 미디어 서비스를 활성화할 것으로 예상된다. 그러나 보안 문제, 전자파 유해성 논란, 5G-코로나19 음모론 등의 문제점도 제기되고 있다.
-
5G -
5G 네트워크 슬라이싱
5G 네트워크 슬라이싱은 하나의 물리적 네트워크를 여러 논리적 네트워크로 분할하여 각 슬라이스가 서로 다른 서비스 품질을 보장하는 5G 핵심 기술로, 한국은 세계 최초 5G 상용화를 통해 다양한 분야 활용을 위한 연구개발과 인프라 구축을 지원하고 있으며, 기술적 과제와 경제적 어려움 극복 및 기술 고도화와 표준화가 필요하다. -
5G -
5G NR
5G NR은 5G 이동 통신 기술의 무선 접속 기술로, 6 GHz 이하 주파수 대역과 mmWave 대역을 사용하며, 비단독 모드(NSA)와 단독 모드(SA) 네트워크 구축 방식을 지원하고, 3GPP에서 지속적으로 표준을 개발하여 다양한 기기를 지원한다. -
이동 통신 -
고속 패킷 접속
고속 패킷 접속(HSPA)은 3세대 이동통신(3G)의 데이터 전송 속도를 높이는 기술 집합체로, 고속 하향/상향 패킷 접속(HSDPA/HSUPA)을 통해 속도를 개선하고 다중 안테나, 고차 변조, 다중 주파수 대역 활용 등의 기술로 진화했으나, LTE 및 5G 기술 발전으로 현재는 상용 서비스가 중단되었다. -
이동 통신 -
코드분할다중접속
코드 분할 다중 접속(CDMA)은 1989년 퀄컴에 의해 개발되어 1996년 한국에서 상용화된 기술로, 동일한 주파수 대역에서 여러 사용자가 통신하며, TDMA, FDMA보다 적은 기지국으로 더 많은 사용자를 수용할 수 있고, 보안 강화, 간섭 저항 등의 특징을 가진다. -
사물인터넷 -
스마트 스피커
스마트 스피커는 음성 명령으로 다양한 기능을 수행하는 인공지능 스피커로, 여러 기업이 경쟁하며 액정 모니터 탑재 제품도 출시되고 있지만, 개인 정보 보호, 보안 취약점, 디지털 격차 등의 문제도 안고 있다. -
사물인터넷 -
웨어러블 테크놀로지
웨어러블 테크놀로지는 신체에 착용하는 전자 장치 및 기술로, 시계에서 시작하여 스마트워치 등으로 발전해왔으며 다양한 분야에서 활용되지만 개인 정보 보호와 같은 과제도 안고 있다.
2. 역사
5G 네트워크는 셀룰러 네트워크로, 서비스 구역이 "셀"이라고 하는 작은 지리적 영역으로 나뉜다. 셀 내의 모든 5G 무선 장치는 기지국의 고정 안테나를 사용하여 기지국이 할당한 주파수로 무선 통신을 한다. 노드라고 하는 기지국은 고대역폭 광섬유 또는 무선 백홀 연결을 통해 전화망 스위칭 센터 및 인터넷 접속 라우터에 연결된다. 다른 셀룰러 네트워크와 마찬가지로, 한 셀에서 다른 셀로 이동하는 모바일 장치는 자동으로 핸드오버된다.
3세대 파트너십 프로젝트(3GPP)는 2018년 말 5G NR(5G New Radio) 소프트웨어를 사용하는 시스템을 "5G"로 정의했다. 5G는 OFDM 인코딩을 사용한다.
일부 네트워크 사업자는 추가 용량과 높은 처리량을 위해 밀리미터파(FR2)를 사용한다. 밀리미터파는 저주파 마이크로파보다 범위가 짧아 셀 크기가 더 작고, 건물 벽과 사람을 통과하기 어렵다. 밀리미터파 안테나는 이전 셀룰러 네트워크의 안테나보다 작다.
데이터 전송률 증가는 이전 셀룰러 네트워크의 저대역 및 중대역 주파수 외에 추가적인 고주파 무선파를 사용하여 달성된다. 5G 네트워크는 저대역, 중대역, 고대역의 세 가지 주파수 대역에서 작동할 수 있다.
저대역 5G는 4G 스마트폰과 유사한 600–900 MHz를 사용하여 4G보다 높은 다운로드 속도(5–250 Mbit/s)를 제공한다. 저대역 기지국은 4G 타워와 유사한 범위와 커버리지 영역을 갖는다. 중대역 5G는 1.7–4.7 GHz의 마이크로파를 사용하여 100–900 Mbit/s의 속도를 제공하며, 각 기지국은 반경 수 킬로미터까지 서비스를 제공한다. 이 서비스는 2020년에 많은 대도시 지역에 배포되었다.
국제 전기 통신 연합 IMT-2020 표준은 초당 20 기가비트의 이론적인 최대 다운로드 속도와 초당 10 기가비트의 업로드 속도를 요구했다. 3GPP는 5G NR 표준을 LTE와 함께 IMT-2020 표준에 제출했다.
5G NR은 6GHz 미만의 저주파수 (FR1)와 24GHz 이상의 고주파수 (FR2)를 포함할 수 있다. 그러나 4G 하드웨어에서 5G NR 소프트웨어를 사용하는 초기 FR1 배포에서의 속도와 지연 시간 (비 독립형)은 새로운 4G 시스템보다 15%에서 50% 정도 더 낫다.
2.1. 개발 배경
5G 기술 개발은 2010년대 초부터 전 세계적으로 시작되었다. ITU-R은 5G에 대한 요구 사항인 "IMT-2020"을 정의하였는데, 고속 대용량(eMBB), 저지연(URLLC), 다중 동시 접속(mMTC)의 세 가지를 주요 특징으로 한다. 2018년 5월 14일, 중동의 카타르에서는 세계 최초의 상용 5G 서비스를 발표했지만, 지원 단말기 및 서비스에 대한 발표는 없었다. 이는 네트워크를 구축한 중국의 ZTE가 미중 무역 전쟁으로 미국 상무부로부터 수출 금지 조치를 받았기 때문으로 알려졌다.
대한민국은 2018 평창 동계 올림픽에서 5G 시범 서비스를 선보이며 기술력을 과시했다. 이후 2018년 12월 1일, 대한민국은 세계 최초로 기업용 상용 5G 서비스를 시작했다고 발표했다. 2019년 4월에는 한국의 3대 이동통신사(KT, SK텔레콤, LG유플러스)가 일반 소비자 대상 5G 서비스를 개시하여, 미국의 버라이즌과 "세계 최초" 타이틀을 두고 경쟁하기도 했다.
2019년 4월 현재, 26개사 48종의 5G 지원 기기가 발표되었으며, 채용된 칩셋은 화웨이, 인텔, 미디어텍, 퀄컴, 삼성전자의 5개사였다. 같은 해 5월에는 레노버와 퀄컴이 세계 최초의 5G 지원 PC를 발표했다.
2019년을 기점으로 세계 각국에서 5G 서비스가 시작되었다. 유럽에서는 2019년 4월, 스위스에서 스위스콤과 에릭슨에 의해 유럽 최초의 5G 서비스가 시작되었고, 동남아시아에서는 2019년 7월, 필리핀에서 글로브 텔레콤이 ASEAN 최초의 5G 서비스를 시작했다. 아프리카에서는 2019년 9월에 남아프리카 공화국에서 아프리카 최초의 5G 서비스가 시작되었다.
2019년부터 미중 무역 전쟁이 격화되면서, 미국은 국가정보법을 제정한 중국 정부에 대한 우려를 이유로 화웨이제 5G 장비 사용을 제한하려는 움직임을 보였다. 영국 정부도 초기에는 미국과 거리를 두었으나, 홍콩 민주화 운동에 대한 중국의 압박과 코로나19 정보 공개에 대한 불만을 계기로 2020년 7월 화웨이 제품 배제를 결정했다.
2.2. 국제 표준화 노력
3G 시대부터 이동 통신 표준화를 진행해 온 3GPP는 Release 15 이후에 5G 사양을 포함하고 있다. 3GPP가 "5G Phase 1"(5G의 1단계)으로 규정한 사양군은 Release 15에 포함되어 2017년 12월에 시스템 아키텍처가 TS23.501, TS23.502, TS23.503으로 제공되었다. 2018년 6월에 주요 사양이 표준화되었으며, 2019년 내에 세부 사양이 확정될 예정이었다.
이는 고속 대용량 eMBB 기능이 중심이다. Release 16은 2020년 6월에 사양이 확정될 예정이었으며, 이는 "5G 페이즈 2"(5G의 두 번째 단계)의 사양군을 포함한다. 이는 URLLC에 대해 5GC를 포함하여 규정하고 있다. Release 17은 2020년부터 사양 책정이 시작되어 2022년 3월에 사양이 동결되었다.
Release 17에서 논의되고 있는 주요 기능은 다음과 같다.
* mMTC: 5G 버전의 셀룰러 IoT 규격인 "NR-Light" 및 절전 기능 확장.
* eMBB: 면허 불필요 60 GHz 대역에서의 NR-U 지원.
* URLLC: URLLC의 상용 이용을 위한 확장 제안.
* 산업용 NW
* 프라이빗 WAN 지원, Time-Sensitive Networking 통합.
* 브로드캐스트 기능: 공공 안전, V2X, 5G TV 방송을 위한 5G 멀티캐스트, 브로드캐스트 기능.
* 네트워크 관리: AI를 이용한 5G 코어 네트워크의 운용 자동화 및 자동 네트워크 슬라이싱 운용, 클라우드 게임에 최적화된 QoS 기능 추가.
릴리스 18(Release 18)은 2021년에 5G-Advanced로 명칭이 결정되었으며, 2022년부터 규격 제정이 시작되었다。2025년에 제품이 출시될 전망이다。
5G 표준화 관련 단체는 다음과 같다.
* 3GPP: 3세대 이동 통신 시대부터 모바일 통신 표준화를 지속적으로 수행하고 있으며, 5G에서도 각 국가 및 지역에 존재하는 주요 표준화 단체를 총괄하는 역할을 한다.
* 5GPP: 2013년 유럽에 산재해 있던 여러 연구 단체가 합병하여 발족한 단체.
* 유럽에서는 METIS (Mobile and wireless communications Enablers for the Twenty-twenty (2020) Information Society)의 주도로 5GNOW, iJOIN, MIWEBA, CREW, EVARILOS 등의 기술 개발 및 표준화를 추진했으며, 2015년 유럽 위원회에 의해 설립된 5GPPP(5G Public-Private Partnership Association)에 합류했다。
* 5G 포럼: 2013년 한국에서 설립된 관민 단체.
* 5GMF: 2014년 전파산업회에서 설립된 일본 단체.
* IMT-2020 5GPG: 2015년 공업정보부에서 설립된 중국 단체.
* 5G Americas: 2016년 4G Americas가 명칭을 변경하여 설립한 미국 연구 단체.
2.3. 한국의 5G 상용화
대한민국은 한국전자통신연구원의 주도로 기가바이트 프로젝트를 시작하여, 2018년 12월 1일 세계 최초로 5G 상용화를 위한 무선 이동통신을 개통했다. 특히, 삼성전자는 5세대 이동 통신 기술 개발에 핵심적인 역할을 수행했다.
대한민국의 5G 평균 다운로드 속도는 2022년 5월 기준 432Mbps로 세계 선두를 달리고 있다.
2.4. 5G-Advanced
3세대 파트너십 프로젝트(3GPP)는 2021년에 릴리즈 18(Release 18)을 5G-Advanced로 명칭을 결정하였으며, 2022년부터 규격 제정이 시작되었다. 2025년에 관련 제품이 출시될 전망이다.
3. 주요 특징
국제 전기 통신 연합(ITU)은 IMT-2020 표준을 통해 5세대 이동 통신(5G)의 주요 특징으로 초당 20 기가비트의 이론적인 최대 다운로드 속도와 초당 10 기가비트의 업로드 속도를 제시했다. 이후 3GPP는 5G NR(New Radio) 표준을 IMT-2020 표준 제안으로 선택했다.
5G NR은 6GHz 미만의 저주파수 (FR1)와 24GHz 이상의 고주파수 (FR2)를 포함한다. 초기 FR1 배포에서 속도와 지연 시간은 새로운 4G 시스템보다 15~50% 정도 향상되었다.
ITU-R은 5G 요구 사항으로 IMT-2020을 정의했으며, 여기에는 고속 대용량(eMBB영어), 저지연(URLLC영어), 다중 동시 접속(mMTC영어)이 포함된다. 2020년 현재 IMT-2020 규정 충족을 위한 표준화는 3GPP에서 진행하고 있다.
3.1. 기술적 특징
5G는 4G LTE에 비해 훨씬 빠른 속도, 낮은 지연 시간, 높은 연결 밀도를 제공한다. 이를 위해 다음과 같은 핵심 기술들이 사용된다.
* 빔포밍 (Beamforming): 5G 네트워크의 주요 기술 중 하나로, 데이터 속도를 높이고 대용량 MIMO 안테나를 사용하여 대역폭을 향상시킨다. 빔포밍은 데이터를 전송할 때 타겟 빔 및 고급 신호 처리를 통해 무선 신호를 특정 장소에 집중시키는 기술이다. 4G 이전 기술에서는 여러 사용자가 주파수를 공유했기 때문에 기지국에 사용자가 몰리면 속도가 저하될 수 있었다. 하지만 5G는 빔포밍을 통해 특정 사용자에게 주파수 전체를 할당하여, 많은 사용자가 몰려도 모든 사용자가 최고의 속도를 이용할 수 있도록 한다.
* [[Voice over NR]](VoNR): 5G 네트워크는 4G와 마찬가지로 음성 통화를 기본적으로 지원하지 않고, IPTV와 유사하게 IP 네트워크를 통해 음성 통신을 전송한다. VoNR은 비디오 스트리밍 및 메시징과 같은 다른 IP 기반 서비스와 동일한 패킷 교환 인프라를 사용하여 5G 네트워크를 통해 음성 통화를 가능하게 한다. VoLTE가 4G 네트워크에서 음성 통화를 가능하게 하는 것과 유사하며, 5G 단독 (SA) 네트워크가 필요하다.
* 속도: 5G는 4G보다 훨씬 빠른 데이터 속도를 제공하며, 최대 20Gbps의 속도를 낼 수 있다. 평균 5G 다운로드 속도는 미국에서 T-Mobile에 의해 186.3 Mbps로 기록되었으며, 대한민국은 현재 평균 속도 432 Mbps로 세계 선두를 달리고 있다. 5G 네트워크는 4G 네트워크보다 훨씬 더 많은 용량을 제공하며, 네트워크 용량과 효율성이 100배 증가할 것으로 예상된다.
* 주파수 대역:
* 서브-6 GHz 5G (미드밴드): 10~1,000 Mbps 범위의 데이터 속도를 제공하며, mmWave 대역보다 넓은 범위를 커버한다.
* 로우 밴드 주파수 (예: n5): 넓은 커버리지 영역을 제공하지만, 데이터 속도는 5~250 Mbps 범위로 미드 및 하이 밴드보다 낮다.
* 지연 시간: 5G의 이상적인 "무선 지연 시간"은 8~12밀리초 수준이다. 버라이즌(Verizon)은 초기 5G 구축에서 지연 시간이 30ms라고 보고했다. 기지국 근처의 엣지 서버는 지연 시간을 10~15밀리초로 줄일 수 있다. 핸드오버 중에는 지연 시간이 더 높으며, 핸드오버 유형에 따라 50~500밀리초에 이른다.
* 적응형 변조 및 코딩 방식 (MCS): 5G는 블록 오류율(BLER)을 극도로 낮게 유지하기 위해 적응형 MCS를 사용한다. 오류율이 임계값을 초과하면 송신기는 오류 발생 가능성이 낮은 더 낮은 MCS로 전환하여 속도를 희생하고 낮은 오류율을 보장한다.
* 통신 범위: 5G의 통신 범위는 송신 전력, 주파수 및 간섭과 같은 여러 요인에 따라 달라진다. 예를 들어, mmWave(예: n258 대역)는 미드밴드(예: n78 대역)보다 범위가 짧고, 미드밴드는 로우밴드(예: n5 대역)보다 범위가 짧다.
* [[국제 전기 통신 연합 무선 통신 부문|ITU-R]]의 5G 요구 사항 ("[[IMT-2020]]"):
* 고속 대용량
* 저지연
* 다중 동시 접속
* 과제:
* 통신 혼잡 및 지연 대응
* 무선 주파수 대역 확보
* 높은 주파수 대역 사용으로 인한 전파 직진성 문제
* 다수의 소형 기지국 (마이크로 셀) 설치 필요
* 섀넌-하틀리 정리에 따른 고소비 전력 문제
* 모바일 환경에서의 배터리 용량 확보 (3세대 이동 통신 시스템부터 이어진 문제)
* [[5G 네트워크 슬라이싱]]: 일정 값 이하의 지연을 유지하는 QoS 실현을 위해 검토되고 있는 기술.
* 동시 접속: 기지국 1대에서 동시에 접속할 수 있는 단말의 수를 획기적으로 늘릴 수 있다. 5G를 통해 100개 정도의 기기나 센서를 동시에 인터넷에 접속할 수 있게 된다.
* [[능동 위상 배열 안테나]]: LTE-Advanced의 8×8 MIMO를 넘어, 능동 위상 배열 안테나를 사용한 멀티 빔 다중화를 수행하여 고속 통신을 실현한다.
3.2. 서비스 특징
ITU-R은 5G의 세 가지 주요 서비스 유형을 다음과 같이 정의했다.
* 향상된 모바일 광대역(eMBB): 4G LTE 모바일 광대역 서비스에서 발전한 형태로, 더 빠른 연결, 더 높은 처리량 및 더 많은 용량을 제공한다. 트래픽이 많은 지역(경기장, 도시, 콘서트장 등)에 유용하다.
* 초고신뢰 저지연 통신(URLLC): 중단 없는 강력한 데이터 교환이 필요한 미션 크리티컬 애플리케이션에 사용된다. 짧은 패킷 데이터 전송은 무선 통신 네트워크의 신뢰성과 지연 시간 요구 사항을 모두 충족한다.
* 대규모 사물 통신(mMTC): 다수의 장치 연결에 사용된다. 5G 기술은 약 500억 개의 연결된 IoT 장치 중 일부를 연결할 것이다.
5G 네트워크는 4G와 마찬가지로 음성 통화를 기본적으로 지원하지 않고 IP 네트워크를 통해 전송한다. 이를 위해 Voice over NR(VoNR)이 구현되어 5G 네트워크를 통해 음성 통화를 전송한다. VoLTE가 4G에서 음성 통화를 가능하게 하는 것과 유사하게, VoNR(Vo5G)은 5G 음성 통신 기술이지만, 5G 단독(SA) 네트워크가 필요하다.
5G는 4G보다 훨씬 빠른 최대 20Gbps의 데이터 속도를 제공한다. 대한민국은 평균 432Mbps 속도로 세계 선두를 달리고 있다. 5G 네트워크는 용량과 효율성이 100배 증가할 것으로 예상된다.
5G의 이상적인 "무선 지연 시간"은 8~12ms이다. 버라이즌(Verizon)은 초기 5G 구축에서 30ms 지연 시간을 보고했다. 기지국 근처 엣지 서버는 지연 시간을 10~15ms로 줄일 수 있다.
4. 5G 네트워크 구축
5G 네트워크는 4G와 달리 회선 교환 방식의 음성 통화를 기본 지원하지 않고, IP 네트워크를 통해 음성 통신을 제공한다. 이를 위해 Voice over NR(VoNR) 기술이 구현되어 IPTV처럼 음성 통화를 가능하게 한다. VoNR은 VoLTE와 유사하지만, 5G 단독 모드(SA) 네트워크가 필요하다.
국제 전기 통신 연합(ITU)의 IMT-2020 표준은 5G의 이론적 최대 다운로드 속도를 초당 20기가비트, 업로드 속도를 초당 10기가비트로 규정했다. 이후 3GPP는 5G NR(New Radio) 표준을 LTE와 함께 IMT-2020 표준 제안으로 선택했다.
5G NR은 6GHz 미만(FR1) 및 24GHz 이상(FR2) 주파수를 포함한다. 초기 FR1 기반 비독립형 모드 5G NR은 4G 시스템보다 15~50% 정도 속도와 지연 시간이 개선되었다.
5G 표준 문서는 3GPP에서 구성하며, 시스템 아키텍처(TS 23.501), 이동성 및 세션 관리 프로토콜(TS 24.501), 데이터 구조 사양(TS 23.003) 등이 정의되어 있다.
4.1. 주파수 할당
5G 서비스를 위해서는 새로운 주파수 대역이 필요하다. 대한민국에서는 3.5GHz 대역과 28GHz 대역이 5G 주파수로 할당되었다.
| 주파수 (MHz) | 3400 | 3500 | 3600 | 3700 | 3800 | 3900 | 4000 | 4100 | 4200 | 4300 | 4400 | 4500 | 4600 | 4700 | 4800 | 4900 | 5000 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 5G | 할당 대상 | 소프트뱅크, NTT 도코모 | NTT 도코모, KDDI・오키나와 셀룰러 전화, 소프트뱅크 | NTT 도코모 | KDDI・오키나와 셀룰러 전화 | 라쿠텐 모바일 | 소프트뱅크 | KDDI・오키나와 셀룰러 전화 | N/A | NTT 도코모 | 로컬 5G | N/A | ||||||
| 5G 신 무선 주파수대 | n78 | N/A | n79 | |||||||||||||||
| n77 | N/A | |||||||||||||||||
| 주파수 (MHz) | 27000 | 27100 | 27200 | 27300 | 27400 | 27500 | 27600 | 27700 | 27800 | 27900 | 28000 | 28100 | 28200 | 28300 | 28400 | 28500 | 29000 | 29100 | 29200 | 29300 | 29400 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 5G | 5G 할당 | 라쿠텐 모바일 | NTT 도코모 | KDDI・오키나와 셀룰러 전화 | 로컬 5G | 소프트뱅크 | ||||||||||||||||
| 5G Band | n257 | |||||||||||||||||||||
4.2. 기지국 구축
5G 네트워크는 4G LTE 네트워크보다 더 촘촘한 기지국 설치를 필요로 한다. 5G는 광대역 구현을 위해 주로 밀리미터파를 사용하는데, 밀리미터파는 직진성이 강해 장애물에 취약하다. 따라서, 장애물로 인한 신호 손실을 줄이고 안정적인 연결을 유지하기 위해, 5G 네트워크는 작은 규모의 셀을 근거리에 구성하는 방식, 즉 소형 셀 기지국을 촘촘하게 설치하는 방식을 채택한다.
3G/4G 기지국은 최대 50km-150km를 커버할 수 있도록 설계되었지만, 5G 기지국은 이상적으로 250-300m의 거리를 커버하도록 설계된다. 이는 5G에서 주로 사용되는 밀리미터파(30GHz-300GHz)가 주파수 특성상 짧은 거리만 전송 가능하고, 건물과 같은 물리적 장애물에 의해 전파 차단이 쉽게 발생하기 때문이다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 5G 표준 설계 방식은 단거리(약 250-300m)에 소형 셀 기지국을 다수 설치하는 방식을 채택한다.
5G에서는 통신 혼잡과 지연에 대응하기 위해 무선 주파수 대역 확보가 중요하며, 통신 속도를 더욱 높이기 위해 이전 세대보다 높은 주파수 대역을 사용한다. 이 주파수 대역에서는 전파의 직진성이 강해져 휴대 전화 기지국 그림자에서는 전파가 닿기 어려워지므로, 이를 커버하기 위해 다수의 소형 기지국(마이크로 셀)을 수십 미터 단위로 설치해야 한다.
4.3. 5G NR (New Radio)
5G NR(New Radio)은 5G 네트워크를 위해 개발된 무선 인터페이스이다. 3GPP 5G 네트워크의 글로벌 표준이다.
5G 네트워크는 광대역을 구현하기 위해 주로 밀리미터파를 사용한다. 밀리미터파는 직진성이 강해 장애물에 부딪히면 충돌 및 분산이 발생할 수 있다. 10G 이상의 광대역 서비스를 제공하려면 밀리미터파를 사용해야 하므로, 중간에 손상되지 않도록 하는 방법이 필요하다. 이를 위해 5G 네트워크는 근거리로 셀을 구성한 소규모 네트워크를 구축한다. 셀은 약 250-300m 거리에서 작은 규모로 구성되며, 이 지역에는 여러 개의 MIMO 안테나가 설치된다. 이를 5G 고정 무선 서비스(5G fixed wireless service)라고도 한다.
5G 인프라 구축을 위해서는 5G 주파수의 밀리미터파(3.6 GHz, 6 GHz, 24-86 GHz 대역 등)를 고려해야 한다. 3G 또는 4G 주파수(예: 850MHz, 1,800MHz, 2,100MHz, 2,300MHz 및 2,600MHz)는 길이가 수십 센티미터인 반면, 5G는 1~10mm 파를 필요로 한다. 5G 네트워크 셀룰러 타워는 3G/4G 기지국 타워에 비해 훨씬 작은 셀을 위해 설계되어야 한다. 3G/4G 네트워크 셀룰러 타워는 최대 50km-150km를 커버할 수 있지만, 5G 셀 스테이션은 이상적으로 250-300m의 거리를 커버하도록 설계되어야 한다. 이는 5G에서 사용되는 밀리미터파 스펙트럼(30GHz-300GHz)이 주파수 특성으로 인해 짧은 거리만 전송할 수 있고, 건물과 같은 물리적 장애물에 의한 전파 차단이 크기 때문이다. 이 문제를 극복하기 위해 제안된 5G 표준 설계 방법은 단거리(약 250-300m)의 소형 셀 스테이션만 배포하는 것이다.
5G는 블록 오류율(BLER)을 극도로 낮게 유지하기 위해 적응형 변조 및 코딩 방식(MCS)을 사용한다. 오류율이 매우 낮은 임계값을 초과할 때마다 송신기는 오류 발생 가능성이 낮은 더 낮은 MCS로 전환한다. 이러한 방식으로 거의 0에 가까운 오류율을 보장하기 위해 속도를 희생한다.
IEEE는 원격 무선 헤드(RRH)와 기지국 제어 장치(BBU) 간의 유선 부분을 핵심으로 하여 5G의 여러 영역을 다룬다. 1914.1 표준은 네트워크 아키텍처에 초점을 맞추고 RRU와 BBU 간의 연결을 두 개의 주요 섹션으로 나눈다. 무선 장치(RU)에서 분배 장치(DU)까지는 NGFI-I(차세대 프론트홀 인터페이스)이고, DU에서 중앙 장치(CU)까지는 NGFI-II 인터페이스로, 보다 다양하고 비용 효율적인 네트워크를 가능하게 한다.
3G 시대부터 이동 통신 표준화를 진행해 온 3GPP에서는 Release 15 이후에 5G의 사양을 포함하고 있다. 3GPP가 "5G Phase 1"으로 규정한 사양군은 Release 15에 포함되어 2017년 12월에 Phase 1의 시스템 아키텍처가 제공되었다. 2018년 6월에 주요 사양이 표준화되었으며, 고속 대용량 eMBB 기능이 중심이다.
Release 16은 2020년 6월에 사양이 확정되었으며, 이는 "5G 페이즈 2"의 사양군을 포함한다. 이는 URLLC에 대해 5GC를 포함하여 규정하고 있다.
Release 17은 2020년부터 사양 책정이 시작되어 2022년 3월에 사양을 동결했다.
논의되고 있는 주요 기능은 다음과 같다.
* mMTC: 5G 버전의 셀룰러 IoT 규격인 "NR-Light" 및 절전 기능 확장.
* eMBB: 면허 불필요 60 GHz 대역에서의 NR-U 지원.
* URLLC: URLLC의 상용 이용을 위한 확장 제안.
* 산업용 NW: 프라이빗 WAN 지원, Time-Sensitive Networking 통합.
* 브로드캐스트 기능: 공공 안전, V2X, 5G TV 방송을 위한 5G 멀티캐스트, 브로드캐스트 기능.
* 네트워크 관리: AI를 이용한 5G 코어 네트워크의 운용 자동화 및 자동 네트워크 슬라이싱 운용, 클라우드 게임에 최적화된 QoS 기능 추가.
5G의 에어 인터페이스는 6 GHz 이하 주파수 대역을 사용하여 LTE/LTE-Advanced와의 호환성을 유지하면서 6 GHz를 초과하는 센티미터파(마이크로파)에 가까운 28 GHz 대역도 사용하는 새로운 무선 통신 방식을 도입한다. 5G 단독으로 운용하는 방식은 SA(Standalone)라고 불리며, LTE의 코어망(EPC)을 유용하고 통신 제어는 LTE의 컨트롤 채널로 수행하는 방식을 NSA(Non-Standalone)라고 부른다.
국내에서는 통신 사업자뿐만 아니라 다양한 요구에 따라 주체가 이용 가능한 "로컬 5G"라는 제도가 신설되었다. 예를 들어 "공장 건물 내에서, 공장 전용 5G를 구축하여 이용"하는 것과 같은 구내 전용선과 같은 사용이 가능하다.
NSA 방식의 5G를 운용하려면 앵커 밴드라고 불리는 LTE 밴드가 필요하다. 기존 LTE 사업자로부터 앵커 밴드를 빌려 시스템을 연결하는 방법 외에, 2.5 GHz 대역에 대해 "자영 등 BWA(광대역 무선 접속)"라는 제도가 신설되어 NSA 방식의 5G 앵커 밴드로 이용할 수 있다. 또한 면허가 필요 없는 1.9 GHz 대역에 대해서도 sXGP를 앵커 밴드로 이용할 수 있도록 검토하고 있다.
4.4. 5Gi
5Gi는 인도에서 개발된 5G 대안 변형으로, 다양한 지형에서 농촌 및 외딴 지역의 5G 커버리지를 개선하도록 설계되었다. 5G는 블록 오류율(BLER)을 극도로 낮게 유지하기 위해 적응형 변조 및 코딩 방식(MCS)을 사용하는데, 오류율이 매우 낮은 임계값을 초과할 때마다 송신기는 오류 발생 가능성이 낮은 더 낮은 MCS로 전환한다. 이러한 방식으로 거의 0에 가까운 오류율을 보장하기 위해 속도를 희생한다.
4.5. 비지상 네트워크 (NTN)
3세대 이동 통신 파트너십 프로젝트(3GPP)는 인구 밀도가 낮거나 접근하기 어려운 지역 밖에서 더 나은 통신 범위를 제공하기 위해 비지상 네트워크(NTN), 즉 위성 또는 항공 통신 장비를 통해 최종 장치에 접근할 수 있도록 표준을 개발하고 있다. 향상된 통신 품질은 지상-공중 채널의 고유한 특성에 의존한다.
몇몇 제조업체는 5G를 위성 네트워크와 통합하는 하드웨어를 발표하고 출시했다.
| 제조업체 | 설명 |
|---|---|
| 삼성전자 | 2023년 2월 한국에서 표준화된 5G NTN 모뎀 기술을 선보였으며, Exynos Modem 5300에서 시뮬레이션하여 스마트폰-위성 통신을 지원한다. |
| 미디어텍 | 자동 위성 메시지 수신 및 광범위한 전력 효율을 제공하는 세계 최초의 상용 5G IoT-NTN 칩셋인 MT6825를 출시했다. |
| 퀄컴 | 2023년 6월 22일 Skylo와 협력하여 실시간 자산 추적 및 장치 관리를 위한 Qualcomm Aware 플랫폼을 지원하는 Qualcomm 212S 및 9205S 모뎀을 포함한 새로운 위성 IoT 솔루션을 발표했다. |
| 모토로라 | 미디어텍의 MT6825를 사용하여 구동되며, 강력한 배터리 수명과 내장 GPS를 갖춘 휴대용 위성 메시징 솔루션인 Defy Satellite Link 핫스팟을 2023년 6월에 출시했다. |
| 라쿠텐 심포니 | 슈퍼마이크로와 협력하여 클라우드 기반 모바일 서비스 운영자를 위한 고성능 Open RAN 기술 및 스토리지 시스템을 발표했다. |
5. 국내외 현황
5G 네트워크는 셀룰러 네트워크로, 서비스 구역이 "셀"이라고 하는 작은 지리적 영역으로 나뉜다. 기지국은 고대역폭 광섬유 또는 무선 백홀 연결을 통해 전화망과 인터넷에 연결된다. 5G 표준을 설정하는 3세대 파트너십 프로젝트(3GPP)는 5G NR 소프트웨어를 사용하는 모든 시스템을 "5G"로 정의하며, OFDM 인코딩을 사용한다.
일부 네트워크 사업자는 밀리미터파(mmWave)를 사용하여 추가 용량과 높은 처리량을 제공한다. 밀리미터파는 범위가 짧아 셀 크기가 작고, 건물 벽과 사람을 통과하기 어렵다. 5G는 저대역, 중대역, 고대역의 세 가지 주파수 대역에서 작동할 수 있다.
5G 기술 출시는 보안 및 중국 벤더와의 관계에 대한 논쟁, 건강 우려, COVID-19 팬데믹과 관련된 잘못된 정보를 야기했다. 5G는 LTE와의 호환성을 유지하면서 새로운 무선 통신 방식을 도입한다. 5G 단독 운용 방식은 SA(Standalone), LTE 코어망을 사용하는 방식은 NSA(Non-Standalone)라고 불린다.
세계 여러 국가 및 통신사들이 5G 서비스를 구축하고 상용화했다.
* 대한민국]은 2018년 12월 1일 세계 최초로 5G 상용화를 위한 무선 이동통신을 개통했다. 2019년 4월, SK텔레콤, KT, LG U플러스 등 주요 이동통신 3사에 의해 5G 서비스가 시작되었다. 초기에는 4G 서비스보다 4~5배 빠른 속도를 제공했지만, 현재는 평균 5G 다운로드 속도 432Mbps로 세계 선두를 달리고 있다.
* 미국] 통신 사업자들은 5G 네트워크 구축에 적극적으로 투자하고 있으며, 버라이즌은 2018년 10월 1일 세계 최초의 상용 5G 서비스를 시작했다. AT&T와 T-Mobile 등 다른 통신사들도 5G 서비스를 제공하고 있다.
* 중국]은 2020년대부터 5G 상용화 준비에 박차를 가하고 있으며, 중국 정부 주도로 5G를 첨단 통신 시스템으로 활용할 계획이다.
* 일본]은 2020년 하계 올림픽을 계기로 5G 시범 서비스를 실시했으며, 2020년 3월부터 상업 서비스를 제공하기 시작했다. NTT 도코모, KDDI, 소프트뱅크 등이 5G 서비스를 개시했다.
* 기타 국가: 영국, 스위스, 카타르, 필리핀, 남아프리카 공화국, 괌 등 여러 국가에서 5G 서비스가 시작되었다. 유럽 연합은 2020년까지 3.6GHz 및 26GHz 대역을 개방하기로 합의했다.
2019년 미중 무역 전쟁이 격화되면서, 미국은 화웨이제 5G 장비 사용을 배제하려는 압력을 가했고, 영국도 2020년 7월 화웨이 제품 배제를 표명했다.
5.1. 한국
대한민국은 한국전자통신연구원 주도로 기가바이트 프로젝트를 시작하여, 2018년 12월 1일 세계 최초로 5G 상용화를 위한 무선 이동통신을 개통했다. 2019년 4월, SK텔레콤, KT, LG U플러스 등 주요 이동통신 3사에 의해 5G 서비스가 시작되었다.
초기 5G 서비스는 다운로드 속도가 4G 서비스(158Mbps)의 4~5배 수준에 그쳐, "4G의 최대 20배 고속"이라는 통신사들의 주장과 차이가 있었다. 이에 대해 통신사들은 "28GHz 대역이 해제되면 속도가 대폭 빨라질 것"이라고 설명했지만, 2020년 10월 기준, 대한민국 정부는 28GHz 대역의 전면 개방을 예상하지 않아 전국적으로 획일적인 5G 서비스를 제공하는 것은 어려운 상황이었다. 그러나 현재 대한민국은 평균 5G 다운로드 속도 432Mbps로 세계 선두를 달리고 있다.
5G 기지국 및 장비는 LG U플러스를 제외하고 삼성전자, 에릭슨(Ericsson), 노키아(Nokia) 장비를 사용했으며, LG U플러스는 화웨이(Huawei) 장비도 사용했다. 삼성전자는 출시 당시 대한민국에서 5G 기지국의 최대 공급업체였으며, 당시 전국에 설치된 86,000개의 기지국 중 53,000개를 출하했다. 2019년 4월, 대한민국에서 SK텔레콤은 38,000개, KT는 30,000개, LG U플러스는 18,000개의 기지국을 구축했으며, 이 중 85%가 6개의 주요 도시에 설치되었다. 이들은 3.5GHz(sub-6) 스펙트럼을 비독립형(NSA) 모드에서 사용했으며, 테스트 속도는 193~430 Mbit/s 다운로드였다. 첫 달에 26만 명이 가입했고, 2019년 말까지 470만 명이 5G에 가입했다.
5.2. 미국
미국 통신 사업자들은 5G 네트워크 구축에 적극적으로 투자하고 있다. 이들은 무선 및 이동 통신이라는 두 가지 범주로 계획을 세우는데, 고정 무선 기지국은 주거용 광대역 고객에게 mmWave영어 대역을 사용하여 1Gbit/s 이상의 속도를 제공한다. 모바일 기지국은 기존의 LTE 또는 새로 할당된 밴드에서 6GHz 이하의 스펙트럼을 사용하여 5G 네트워크와 기존 LTE를 동시에 제공한다.
버라이즌은 미국 최대 통신사 중 하나로, 미네소타 등 여러 도시에 5G 네트워크를 먼저 구축했다. 2018년 10월 1일에는 "가정 내 한정"으로 세계 최초의 상용 5G 서비스를 시작했다. 2019년 4월에는 대한민국보다 며칠 앞서 일반 소비자 대상 5G 서비스를 개시하며 '세계 최초' 타이틀을 주장하기도 했다. 그러나 초기에는 5G 모듈을 장착한 모토로라 모빌리티의 "Moto Z3"만 지원했다.
AT&T와 T-Mobile 등 다른 통신사들도 5G 서비스를 제공하고 있다.
5.3. 중국
중국은 2020년대부터 5세대 이동 통신(5G) 상용화 준비에 박차를 가하고 있으며, 중국 정부 주도로 5G를 첨단 통신 시스템으로 활용할 계획이다.
5.4. 일본
2020년 하계 올림픽을 계기로 일본 도쿄에서 5G 시범 서비스가 실시되었다. 2014년 9월, 5G 기술 개발과 표준화를 위해 기업 74개사와 전문가 14명으로 구성된 "제5세대 이동 통신 추진 포럼(5GMF)"이 설립되었다.
총무성은 2016년 10월 "신세대 모바일 통신 시스템의 기술적 조건"을 정보통신심의회에 자문했으며, 신세대 모바일 통신 시스템 위원회에서 심의가 진행 중이다. 2017년 여름에는 일부 답변을 바탕으로 제도 정비가 이루어질 예정이다.
NTT 도코모는 2010년부터 5G 관련 검토를 시작하여 2013년에는 시뮬레이터를 전시하고, 여러 통신 장비 회사들과 공동 실험을 진행하고 있다. 2015년에는 실외 실험에서 4.5Gbps, 2016년에는 20Gbps 이상의 통신에 성공했다. 2017년 5월부터 도쿄 린카이 부도심 지구(오다이바) 및 도쿄 스카이 트리 타운 주변에 "5G 트라이얼 사이트"를 구축했다. 2019년에 사전(Pre) 서비스를 시작했고, 2020년 3월 25일부터 상업 서비스를 제공하기 시작했다.
2019년에는 시험 서비스가 시작되어, 2020년 도쿄 올림픽에 맞춰 5G 체험 서비스를 실시했다.
* 소프트뱅크: 8월 22일 사이타마 슈퍼 아레나에서 개최된 남자 농구 일본 대표 강화 경기에서 시험 서비스를 제공했다.
* KDDI: 드론(소형 무인 항공기) 및 로봇 카메라와 연동한 행사장 경비 시스템을 개발하여 가을 이후 시험 서비스를 시작했다.
* NTT 도코모: 럭비 월드컵 2019에서 5G를 활용한 스포츠 관람 서비스를 제공했다.
2020년 3월 25일 NTT 도코모를 시작으로, 3월 26일 KDDI・오키나와 셀룰러, 3월 27일 소프트뱅크가 각각 eMBB(고속 대용량)를 구현한 5G 서비스를 개시했다.
5G를 위해 할당된 3.5GHz 대역(S 밴드)・4.5GHz 대역(C 밴드)・28GHz 대역(Ka 밴드)은 전파 도달 거리가 짧아 지역 구축이 어렵기 때문에, LTE나 BWA에서 이용하는 주파수로 5G를 운용하기 위한 기술적 조건에 대해 2020년 3월 정보통신심의회에서 일부 답변이 있었고, 총무성이 운용 규정 정비를 신속하게 실시한다고 발표했다.
2021년 7월 20일, 다케다 료타 총무상은 "TV 방송국의 중계용 전파와 5G 통신의 주파수 공용"과 관련하여 연말 실용화를 목표로 노력하고 있다고 발표했다.
일본은 5G 전개에서 세계에 뒤쳐졌기 때문에, NTT는 차세대 "6G" 보급에서 앞서나가기 위해 소니와 인텔과 함께 새로운 네트워크 "IOWN (아이온)" 구상을 가지고 있다. NTT는 6월, 과거 "전전 패밀리"라고 불리며 통신 단말 등을 담당했던 NEC와의 자본 업무 제휴도 발표하며 그룹 역량 결집을 서두르고 있다.
국내에서는 통신 사업자뿐만 아니라 다양한 요구에 따라 주체가 이용 가능한 "로컬 5G"라는 제도가 신설되었다. 예를 들어, "공장 건물 내에서 공장 전용 5G를 구축하여 이용"하는 것과 같은 구내 전용선과 같은 사용이 가능하다. 면허 할당이 필요하며, 전파 발사에는 무선 종사자 면허증이 필요하며 로컬 5G 면허를 받는 기업 내에 무선 종사자를 배치해야 한다.
후지쯔가 국내 최초의 상용 로컬 5G를 2020년 3월 27일에 시작했다.
5.5. 기타 국가
영국은 5G를 런던, 브리스톨, 버밍엄 등 주요 도시에 먼저 배치하고, 이를 시작으로 다른 주요 도시에도 5G 네트워크를 구축했다. 이후 영국의 중소 도시에도 네트워크가 설치될 예정이다.
2019년 4월, 스위스에서는 스위스콤과 에릭슨에 의해 유럽 최초의 5G 서비스가 시작되었다. 2018년 5월 14일, 중동의 카타르에서는 오레두가 세계 최초의 상용 5G 서비스를 발표했지만, 지원 단말기 및 서비스에 대한 발표는 없었다. 이는 네트워크를 구축한 중화인민공화국의 ZTE가 미중 무역 전쟁으로 미국 상무부로부터 수출 금지 조치를 받았기 때문으로 알려졌다.
2019년 7월, 필리핀에서는 글로브 텔레콤이 ASEAN 최초의 5G 서비스를 시작했다. 2019년 9월에는 남아프리카 공화국에서 아프리카 최초의 5G 서비스가 시작되었다. 2019년 10월에는 괌에서 도코모 퍼시픽이 5G 서비스를 시작했다.
2018년 3월, 유럽 연합 의원들은 2020년까지 3.6GHz 및 26GHz 대역을 개방하기로 합의했다.
2019년 미중 무역 전쟁이 격화되고, 국가정보법을 제정한 중국 정부에 대한 우려를 배경으로 미국은 중국 제품을 배제하려는 압력을 가했다. 각국에 화웨이제 5G 서비스용 기기를 사용하지 않도록 요청했다. 영국 정부는 처음에는 미국과 선을 그었지만, 중국의 홍콩 민주화 운동에 대한 압박과 코로나19 정보 공개에 대한 불만을 가지면서 2020년 7월 14일 화웨이 제품 배제를 표명했다. 화웨이 배제에 신중했던 독일이 방침을 전환하면, 동사에 대한 추가적인 타격이 될 것으로 보인다. 로이터에 따르면, 5G 부품 제공 기업의 기술 및 신뢰도를 심사하는 과정에서 안테나 등 무선 기술 부품으로 심사 대상을 확대하면 화웨이가 강세를 보이는 분야에서 신뢰성 등을 이유로 진입이 어려워질 가능성이 지적되고 있다.
6. 5G의 영향 및 미래 전망
5G 기술의 출시는 중국 벤더와의 관계 및 보안에 대한 논쟁을 불러일으켰다. 또한 건강 우려와 신뢰할 수 없는 음모론을 포함하여 COVID-19 팬데믹과 관련된 잘못된 정보의 대상이 되었다.
5G는 블록 오류율(BLER)을 극도로 낮게 유지하기 위해 적응형 변조 및 코딩 방식(MCS)을 사용한다. 오류율이 매우 낮은 임계값을 초과하면 송신기는 오류 발생 가능성이 낮은 더 낮은 MCS로 전환하여 속도를 희생하고 거의 0에 가까운 오류율을 보장한다. 5G의 통신 범위는 송신 전력, 주파수, 간섭 등 여러 요인에 따라 달라진다. 예를 들어, mmWave(예: n258 대역)는 미드밴드(예: n78 대역)보다 범위가 짧고, 미드밴드는 로우밴드(예: n5 대역)보다 범위가 짧다.
5G의 성능을 정확하게 측정하기 위해, 셀룰러 서비스 제공업체는 시뮬레이터와 드라이브 테스트를 사용한다.
IEEE는 원격 무선 헤드(RRH)와 기지국 제어 장치(BBU) 간의 유선 부분을 중심으로 5G의 여러 영역을 다룬다. 1914.1 표준은 네트워크 아키텍처에 초점을 맞추고 RRU와 BBU 간의 연결을 NGFI-I(차세대 프론트홀 인터페이스, RU-DU 간)와 NGFI-II(DU-CU 간) 두 가지 주요 섹션으로 나눈다.
5G NR(5G New Radio)은 5G 네트워크를 위해 개발된 사실상의 무선 인터페이스이다. 이는 3GPP 5G 네트워크의 글로벌 표준이다. 5Gi는 인도에서 개발된 5G 대안 변형으로, 다양한 지형에서 농촌 및 외딴 지역의 5G 커버리지를 개선하도록 설계되었다. 2022년 4월, 5Gi는 3GPP 릴리스 17 사양에서 글로벌 5G NR 표준에 병합되었다.
6.1. 산업적 영향
5G 기술은 여러 산업 분야에서 혁신적인 변화를 가져올 것으로 예상된다. 특히, 자율 주행차, 스마트 팩토리, 스마트 시티, 원격 의료 등의 분야에서 5G의 빠른 속도와 낮은 지연 시간은 필수적인 요소로 작용할 것이다.
GSMA에 따르면, 2020년대에는 5G 보급에 따라 VR, AI 같은 관련 기술 개발이 진행되고, 이러한 혁신으로 경제 성장과 산업의 신진대사가 촉진될 것이며, 2025년에는 5G 연결 수가 12억에 달할 것으로 예측하고 있다.
기존의 4G, LTE에서 5G로 통신 시스템이 변경됨에 따라 통신 기기, 산업 기기의 추가 및 교체가 빈번하게 발생하여 통신 기기, 전자 부품을 제조하는 공급망에 큰 영향을 미칠 것으로 예상된다.
5G 무선 기술은 사람들의 생활에도 변화를 가져올 것으로 기대된다. 예를 들어, 기기 간 실시간 통역을 통해 다국어 간 원활한 의사 소통이 가능해지고, 방대한 데이터를 기반으로 위험을 회피하며 주행하는 완전 자율 주행이 실현될 수 있다. 또한, IoT에 의한 스마트 시티 구축도 기대된다.
하지만, 2020년 시점에서는 5G 서비스 지역이 좁고, 전파 특성상 연결이 끊어지기 쉬워 이러한 기술들이 실현될지는 미지수이다.
6.2. 사회문화적 영향
5G 기술은 사람들의 생활 방식을 크게 변화시킬 잠재력을 가지고 있다. GSMA에 따르면, 2020년대에는 5G 보급과 함께 VR, AR, 홀로그램과 같은 실감형 미디어 서비스가 활성화될 것으로 예상된다. 이러한 기술 발전은 원격 교육, 원격 근무 등 새로운 생활 방식을 확산시키는 데 기여할 수 있다.
예를 들어, 5G의 빠른 속도와 낮은 지연 시간은 실시간 통역 서비스를 가능하게 하여 다국어 사용자 간의 원활한 의사소통을 지원할 수 있다. 또한, 방대한 데이터를 기반으로 한 완전 자율 주행, IoT을 활용한 스마트 시티 구축 등도 5G 기술을 통해 기대되는 미래 모습이다.
하지만 2020년 시점에서 5G 서비스 지역은 제한적이고, 전파 특성상 연결이 끊어지기 쉬운 문제점이 있어 이러한 기술들이 실현되기까지는 시간이 더 필요할 것으로 보인다. 또한, 이용 증가에 따른 대역 혼잡 문제도 예상되어, 동적 주파수 공유(Dynamic Spectrum Access, DSA)와 같은 기술을 통해 주파수 이용 효율성을 높이는 방안도 검토되고 있다.
6.3. 미래 전망
5G는 앞으로 더욱 발전하여 6G 시대로 이어질 것이다. 6G는 5G보다 훨씬 빠른 속도, 낮은 지연 시간, 높은 연결 밀도를 제공하고, 인공지능(AI)과의 융합을 통해 더욱 지능적인 네트워크로 진화할 것으로 전망된다.
7. 논란 및 문제점
5G 기술은 획기적인 통신 기술이지만, 여러 논란과 문제점을 안고 있다. 보안 문제와 전자파 유해성 논란이 대표적이다.
5G는 3세대 파트너십 프로젝트(3GPP)에서 설정한 표준에 따라 5G NR(5G New Radio) 소프트웨어를 사용하는 시스템을 말한다. OFDM 인코딩 방식을 사용하며, 밀리미터파(mmWave)를 활용하여 더 높은 처리량을 제공한다. 그러나 밀리미터파는 범위가 짧고 장애물 통과에 어려움이 있어 더 많은 소형 셀이 필요하다. 이러한 이유로, 5G 네트워크는 저대역, 중대역, 고대역의 세 가지 주파수 대역에서 작동한다.
5G의 통신 범위는 송신 전력, 주파수, 간섭 등 여러 요인에 따라 달라진다. mmWave (n258 대역)는 미드밴드 (n78 대역)보다 범위가 짧고, 미드밴드는 로우밴드 (n5 대역)보다 범위가 짧다. 5G 성능을 정확하게 측정하기 위해 시뮬레이터와 드라이브 테스트가 사용된다.
IEEE는 5G의 여러 영역을 다루며, 특히 원격 무선 헤드(RRH)와 기지국 제어 장치(BBU) 간의 유선 연결에 초점을 맞춘다. 1914.1 표준은 네트워크 아키텍처를 정의하고, NGFI-I 및 NGFI-II 인터페이스를 통해 보다 다양하고 비용 효율적인 네트워크를 가능하게 한다.
인도에서는 5Gi라는 5G 대안이 개발되었다. 이는 IIT 마드라스, IIT 하이데라바드, TSDSI 및 무선 기술 센터 (CEWiT) 간의 협력을 통해 개발되었으며, 농촌 및 외딴 지역의 5G 커버리지를 개선하는 데 목표를 두고 있다. 5Gi는 LMLC (Low Mobility Large Cell, 저이동성 대형 셀)를 사용하여 5G 연결 및 기지국의 범위를 확장하며, 2022년 4월 3GPP 릴리스 17 사양에서 글로벌 5G NR 표준에 병합되었다.
7.1. 보안 문제
5G 기술의 출시는 보안 및 중국 벤더와의 관계에 대한 논쟁을 불러일으켰다. 특히, 기지국 1대에서 동시에 접속할 수 있는 단말의 수를 획기적으로 늘릴 수 있어, 가정에서 100개 정도의 기기나 센서를 동시에 인터넷에 접속할 수 있게 된다. 이는 편리함을 제공하지만, 수많은 기기가 연결되고 데이터 트래픽이 폭증함에 따라 보안 위협이 증가할 수 있다는 우려도 제기된다.
7.2. 전자파 유해성 논란
5G 기술이 사용하는 고주파 대역의 전자파가 인체에 유해하다는 주장이 제기되었다. 이러한 주장은 5G 전파가 바이러스를 확산시킨다는 등의 형태로 나타나기도 했다. 특히 2020년 3월 영국에서는 코로나19 감염 확산의 원인으로 "5G 전파를 통해 바이러스가 확산되고 있다"는 소문이 퍼져 휴대 전화 전파 시설에 대한 방화가 잇따르기도 했다. 일본에서는 "코로나19 백신에 마이크로칩이 삽입되어 5G 통신으로 조작된다"는 헛소문이 돌기도 했다.
그러나 이러한 주장은 과학적으로 명확히 입증되지 않았다. 영국 정부 각료는 2020년 4월 5일 기자 회견을 통해 바이러스 유행과 5G 시스템 간의 인과 관계를 부정했다. 그럼에도 불구하고, 이러한 우려는 국민의힘 등 보수 진영에서 가짜 뉴스를 퍼뜨리는 주요 소재로 활용되고 있다.